欢迎访问浙江布瑞利斯化工科技有限公司,致力于打造发展光催化技术融合平台!

400-7733658

198-8415-9221

高压氢气发生器
更多

新闻资讯

了解你所想了解

网站首页 >> 新闻资讯 >>公司新闻 >> 雷爱文 / 王涛 团队新突破!连续电化学驱动烯烃氨基氧环化,解锁饱和 N/O 杂环高效合成新路径
详细内容

雷爱文 / 王涛 团队新突破!连续电化学驱动烯烃氨基氧环化,解锁饱和 N/O 杂环高效合成新路径

在有机合成领域,构建含氮和氧的饱和杂环化合物一直是科研人员关注的重点。这类化合物因独特的电子和生物特性,在药物研发与材料科学中有着不可替代的作用。近日,由江西师范大学、江西中医药大学、武汉大学等机构组成的研究团队,在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了一项突破性研究,提出了一种基于烯烃自由基阳离子/双亲核试剂参与的电化学氨基氧环化反应,为高效合成饱和N/O杂环化合物提供了全新思路。

连续流电化学实验的核心设计与目标

团队开展连续流电化学研究的核心目标,是在 保持反应选择性与产率的前提下,突破传统批次反应的规模限制,验证该电化学氨基氧环化反应从 毫克级实验室合成克级制备的可行性 —— 这是评估合成方法产业化价值的关键指标,也是解决药物中间体、功能材料前体规模化供应难题的核心环节。

实验设计围绕 反应体系适配性参数优化展开:以团队前期优化的 烯烃 - 磺酰胺氨基氧环化为模型反应(目标产物为 4ab,即通过 N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺与 1 - 苯基丙烯反应生成的吗啉衍生物),将批次反应的最优条件(碳毡阳极、铂片阴极、DBU 为碱、DCM/HFIP 混合溶剂、Et₄NBF₄为电解质)适配到连续流反应器中,重点调控 流速电流两大关键参数,平衡反应效率与产物收率。

连续流电化学装置 

连续流电化学装置

连续流电化学实验的关键参数与结果

为实现高效规模化制备,团队对连续流反应的核心参数进行了针对性优化,并获得了具有产业化参考价值的实验结果:

1.反应器与核心参数:采用 循环模式连续流电化学反应器,阳极仍为碳毡(15 mm×15 mm×2 mm)、阴极为铂片(15 mm×15 mm×0.3 mm),与批次反应保持一致的电极材料以确保反应选择性;关键调整参数为 流速电流”—— 流速控制反应体系在电极表面的停留时间(影响反应转化率),电流控制电子转移效率(影响反应速率与过度氧化风险)。

2.最优参数组合:经过多组实验验证,确定 “0.5 mL/min 流速 + 40 mA 恒电流为最佳条件:流速过慢会导致反应体系在电极表面停留时间过长,增加过度氧化副反应;流速过快则会导致原料未充分反应,转化率下降;40 mA 电流则是在 保证反应速率避免电流过高导致的副反应之间的最优平衡,与批次反应的 4 mA 电流(毫克级)相比,通过电流与流速的协同调控,实现了反应规模的放大。

3.克级制备成果:在上述最优条件下,团队成功完成了目标产物 4ab 的克级合成 —— 单次实验投入 5.0 mmol 模型底物(N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺),最终分离得到 1.07 g 产物 4ab,产率达 65%。这一结果虽较批次反应的 88% 产率略有下降,但已显著优于传统杂环合成方法的规模化产率,且成功解决了 批次反应放大时易出现的传质不均、局部过热、过度氧化等问题,证明该方法在规模化生产中具备实际应用价值。

电化学克级放大 


关键实验:反应优化与底物拓展 
为实现反应性能最大化,团队以N-(2-羟乙基)-4-甲基苯磺酰胺(1a)和1-苯基丙烯(2b)为模型底物,系统优化了反应条件(如表1所示):
- 碱的选择至关重要:1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)是最优碱,无DBU时反应无法检测到目标产物,而无机碱(如Na₂CO₃Cs₂CO₃)则导致产率大幅下降(仅13%-41%)。
- 溶剂与电解质匹配:二氯甲烷(DCM)与六氟异丙醇(HFIP)的混合溶剂(体积比6:0.5)能平衡反应活性与选择性;电解质方面,四乙基四氟硼酸铵(Et₄NBF₄)效果优于四丁基氯化铵(nBu₄NCl)等替代物。
- 电解条件控制:4 mA恒电流、6小时反应时间为最佳参数,电流过高或过低均会导致产率降低;采用碳毡阳极和铂片阴极,比石墨棒或镍板电极更易实现高效电子转移。
在最优条件下,团队进一步拓展了底物范围:
- 磺酰胺类底物:无论是带有-F-Cl-Br等卤素取代基,还是-OMe(给电子)、-CF₃(吸电子)、-CO₂Me(酯基)等官能团的磺酰胺,均能顺利反应,甚至对电化学条件下易不稳定的-CN基团也有兼容性(产物4an产率36%)。
- 烯烃类底物:芳基烯烃的苯环上可引入多种取代基(卤素、烷基、三氟甲基等);1,1-二取代烯烃、烯基醚衍生物,甚至未活化的烯烃,均能高效转化为相应的杂环产物,展现出极强的底物适应性。
总结与展望
这项研究通过电化学手段,巧妙利用烯烃自由基阳离子的独特反应性,解决了饱和N/O杂环合成中选择性控制难、底物范围窄、依赖氧化剂三大核心问题,为有机合成提供了一种绿色、高效、通用的新策略。正如团队在论文中强调的,该方法不仅填补了中等环杂环合成的技术空白,更有望成为药物化学和材料科学领域的通用平台,推动更多功能分子的创新研发。 未来,随着反应体系的进一步优化(如廉价电极材料的开发、更广泛底物的适配),这一技术或将在工业化生产中发挥更大作用,为医药、材料等产业的发展注入新动力。
文章来源:研究成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》,论文题为“Electrochemical Amino-Oxygenation Cyclization via Alkene Radical Cation/Bisnucleophile Engagement to Saturated N/O-Heterocycles” 。江西师范大学国家单糖化学合成工程技术研究中心(天然与仿生药物研究江西省重点实验室)为第一完成单位和通讯单位,江西师范大学王涛教授与武汉大学雷爱文教授、易红教授为本文的通讯作者 。论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202501424

杭州布瑞利斯连续流电化学技术:多维度突破,赋能有机合成高效绿色产业化

杭州布瑞利斯的连续流电化学技术优势突出,全方位适配有机合成需求:其一,能精准控制电位、电流等反应条件,结合优化的电极结构与反应腔体,为电化学反应提供稳定环境,有效促进电子转移,提升反应速率与选择性,如在电化学芳烃 C-H 胺化中可精准调控进程、避免副反应;其二,凭借短停留时间、高传质效率及大电极比表面积,大幅提升反应效率,还能突破传统方法局限,像实现缺电子芳烃的高效反应且保证良好区域选择性;其三,底物适用性广泛,在芳烃 C-H 胺化中兼容富电子、缺电子、卤代芳烃及多种杂环化合物,对传统难处理的底物也有效,同时适配维生素 D3 合成等特定反应;其四,减少化学试剂依赖,缩短反应时间与能耗,降低成本和环境污染,符合环保要求;其五,依托平行微反应器等设计,可实现高效规模化生产,如芳烃 C-H 胺化中连续运行 4 天能产出超 100 克产物,且工业放大灵活、运行稳定,为有机合成的高效化、绿色化与产业化提供有力支撑。

微信图片_20250925115255_24_146.jpg

 

连续电化学合成仪.jpg

seo seo